河南科技大学桁架梁毕业设计说明书教材

1、河南科技大学本科毕业设计（论文）25/5t-25.5m 桥式起重机桁架梁主桁架结构及工艺设计摘要起重机械是一种循环、间歇动作、短程的搬运物料的机械。桥式起重机 主梁的桁架结构具有自重轻、材料少、造价低等优点，但其本身也有结构复 杂、焊接工作量大、易变形等缺点，所以还需要通过合理的分析和设计来解 决这些问题。此次在全面考虑了桁架梁所承受的各类载荷后，对主桁架进行了如下设 计：首先通过绘制和分析各杆件的影响线得到各类杆件所承受的最大内力； 然后由许用应力法确定各类杆件的截面尺寸、型钢种类及型钢号，同时主桁 架还必需满足强度、刚度、稳定性的要求，保证在工作中不能超过规定的挠 度值，不能产生失稳及塑性

2、变形；最后，对主桁架进行工艺分析，主要包括 对材料焊接性、结构工艺性、技术要求和现有生产条件。此次桁架梁设计外形采用折线形桁架，所有型钢均采用等边角钢。斜杆 和上、下弦杆为双角钢体系，竖杆为单角钢体系。主桁架需预制上拱度，以 避免由于梁身自重和载重引起下挠，保证小车运行平稳等。另外，弦杆需要 用多段型钢拼接而成。装配时，各杆件的重心线需要与几何图形线一致。焊 接方法采用 CO2 气体保护焊，配合使用直径为1.6mm 的 H08Mn2SiA 焊丝关键词： 主桁架，影响线，许用应力法，加拱，CO2 气体保护焊河南科技大学本科毕业设计（论文）Main Truss s Structure and Pr

3、ocess Designof 25/5t-25.5m Trussed CraneABSTRACTCrane is a cycle , intermittent operation , short-range transport of materials machinery.Bridge crane is with a light weight, less material , and low cost advantages, but also has its own complex structure, welding workload, deformation and other short

4、comings, so it needs rational analysis and design to solve these problems .After full consideration of the various types of loads in the truss beard , the main truss was designed as follows : First, getting the maximum exposure of internal forces of various types of rods by drawing and analyzing the

5、 influence line of each rod; then using the admissible stress method to determine the cross-sectional dimensions of the various types of rods , steel type and steel numbers, while the main truss must also meet the requirements of strength, stiffness , stability , and ensured that the work can not ex

6、ceed the specified deflection , could not produce instability and plastic deformation ; Finally, conducting the main truss sprocess analysis, mainly including welding materials , structural processes , technical requirements and existing production conditions.The design shape of truss employed broke

7、n line, and all equilateral angle steel were used . Diagonals and upper & lower chords adopted double angle system , montants single angle . the main truss needed to preset camber to avoid the downwarping caused by its own body weight and load deflection , to ensure the smooth operation of the car a

8、nd so on. In addition, upper & lower chord needed to be welded with multi-rod. When assembled, the center of gravity of the rod member needs to be consistent with the geometry of the line . MethodsII河南科技大学本科毕业设计（论文）GMAW welding was employed, matching with a diameter of 1.6mm of H08Mn2SiA wire.KEYKEY

9、 WORDS:WORDS: main truss, admissible stress, influence line,arch design, CO 2 arc weldingIII河南科技大学本科毕业设计（论文）目录前 言 . 1第 1 章 主桁架参数计算及确定 . 21.1 主桁架主要设计尺寸的确定 . 21.2 主桁架基本载荷的确定 . 41.3 主桁架许用值的确定 . 5第 2 章 桁架各杆件内力分析计算 . 72.1 各杆件内力影响线的绘制及内力计算 . 72.2 各杆件内力表的绘制 . 错误！未定义书签。第 3 章 桁架各杆件的截面设计及面积计算 . 193.1 设计说明 . 1

10、93.2 受压杆件的设计 . 193.3 偏心受压杆件 -上弦杆的设计 . 223.4 中心受拉杆件 - 下弦杆的设计 . 24第 4 章 桁架节点的设计 . 错误！未定义书签。4.1 节点焊缝的设计及计算 . 264.2 节点板和垫板的设计计算 . 27第 5 章 桁架整体刚度校核及加拱设计 . 错误！未定义书签。5.1 整体刚度校核 . 335.2 加拱设计 . 34第 6 章 桁架梁主桁架工艺分析 . 376.1 材料焊接性分析 . 376.2 结构工艺性分析 . 386.3 技术条件分析 . 396.4 现有生产技术条件分析 . 41结 论 . 错误！未定义书签。参考文献 . 错误！未

11、定义书签。致 谢 . 错误！未定义书签。IV河南科技大学本科毕业设计(论文)符号说明Q起重量 ( t ) L 跨度 ( m )Gx 小车重量 (t)P1车轮 1的轮压 (t)i 单位力作用于跨中时各杆件内力qL 梁自重的均布载荷 (t/m)P2 车轮 2 的轮压 (t)V 运行速度 (m/min)b 小车轮距 (mm)l 计 计算长度 (mm)d 节间距 (m)A 截面面积 (mm2)n节数C两端下弦杆倾斜段长度(m)R 竖直方向移动集中载荷h梁高 (m)qL 固定载荷引起的水平M 节 点 轮压引起的节点弯矩(t m)惯性均布载荷( t / m)M 节 中 轮压引起的节中弯矩(t m)p 惯

12、水平惯性集中载荷 (t)Nq 惯水平方向的惯性均布q 惯 水平惯性均布载荷 (t)载荷引起的内力 (t)d 起重机起升动力系数NP 惯 水平方向惯性集中载荷NP 移动集中载荷引起的内力 (t)引起的内力 (t)Nq 固定均布载荷引起的内力(t)c起重机运行冲击系数h1主梁端部高度 (m)杆件的长细比 斜杆与弦杆间的夹角 板厚 (mm)qL 上 上水平桁架自重 (t/m)K 角焊缝焊缝尺寸qL 下 下水平桁架自重 (t/m) w 角焊缝抗剪强度 (N/mm 2)G 操 操纵室重量引起的集中载荷(t)R 竖直方向移动集中载荷G 驱 驱动件重量引起的集中载荷(t)Ui下弦杆(t)q 操 操纵室重量折

13、合的均布载荷(t/m)Oi上弦杆q 驱 驱动件重量折合的均布载荷(t/m)Vi竖杆W 抗弯截面系数f挠度lW 焊缝长度 (mm)r惯性半径河南科技大学本科毕业设计（论文）前言起重机械是工矿企业、车站码头、备企事业实现运输机械化、自动化， 提高劳动生产率的重要工具和设备。 随着生产规模日益扩大、 特别是现代化、 专业化生产的要求各种专门用途的起重机相继产生，它在许多重要的部门中 不仅是生产过程中的辅助机械，也对国民经济建设起着积极的促进作用。桁 架结构具有自重轻、材料少、造价低、安装方便等优点，应用十分广泛。同 时，它也具有制造复杂、成本高、焊接工作量大且易损害的缺点，因此需要 更加合理的分析和

14、设计来解决这些问题。一般情况下，桁架梁的设计可分为六大部分：（一）由给出的原始参数 计算并确定设计中的几何参数，如桁架梁的高度、节数、载荷分布等。 （二 绘制各杆件影响线，确定出各杆件的最大内力，并确保接下来的设计中不会 因应力过大而损坏桁架梁。（三）由许用应力法确定所用型钢类型，并得出 各杆件的截面面积。（四）计算各杆件在节点处的焊缝尺寸，并确定节点板 的形状和尺寸；当杆件为双角钢时，还需考虑垫板的使用情况。（五）对主 桁架进行整体刚度校核与加拱设计。（六）对所设计桁架梁进行系统的工艺 性分析，从其材料焊接性、结构工艺性、技术条件和现有生产技术条件等方 面确定合理焊接的方法、焊接参数和工艺过

15、程等。本次桁架梁的设计主要依据的是一些图纸以及在长期的生产过程中积累 下来的经验公式，由此选择各种型钢进行设计与分析。在计算方法合理、正 确的条件下，可以保证其理论值是符合稳定性，强度，刚度等条件的。但因 为此次所设计的成果不进行实际生产与使用，所以其精确度要求并不高，经 济性要求也存在缺欠之处。 如果要求设计出成品并生产使用， 其设计过程中， 除了需要达到所需的所有理论条件外，还要对其经济性以及实际使用价值进 行考虑，需做到成本低，效率高，实用性强。河南科技大学本科毕业设计（论文）第 1 章 主桁架参数计算及确定1.1 主桁架主要设计尺寸的确定、原始参数设计所需主要参数 1的原始数据如表 1

16、-1 所示表 1-1 原始参数起重量 Q（ t ）25/5跨度 L（ m）25.5工作级别A5大车运行速度 V （m/min）90驱动方式集中驱动小车轮数 n4主桁架梁自重 qL（ t/m）Q(L-5)/100L小车重量 Gx（t）8b2200t11000小车轮距 （mm）t21200桁架用材Q235表 1-2 大车运行机构重量（集中驱动）起重量 Q（ t）均布载荷 qy（ t/m ）集中载荷 Gq （t）25/50.091.21.主桁架高度 hh= ( 1/121/15 ) L=2.2151.7m ，2.主桁架梁自重 qLqL=Q1(0L0L5) =0.20t/m3.节间距离 dd = h=

17、1800mm4.节间数 nn=L/d=14.17, 取 n=125.斜杆与弦杆的夹角=arc tan(h/d)=45o6.下弦杆长度 CC=2d+d 端部/2 =21800+504/2=3852mm7.端部高度 h1h1=( 0.1 0.4) h=0.18 0.72m,8.主桁架示意图河南科技大学本科毕业设计（论文）表 1-3 冲击系数 K 值运行速度（ m/s）2.0冲击系数（ K）1.01.11.21.3表 1-4 动力系数 值工作级别A4( 轻级 )A5 （中级）A5 （重级）1.11.21.3、主要几何参数的确定由于折线形桁架梁具有刚度大、自重轻、外形美观等优点，故本次设计采用此类桁架

18、，并选用具有竖杆的三角形腹杆体系6 ，这样桁架可以承受较大的起重量。主要几何参数如下：取 h=1.8m取 h1=0.7m主桁架简易示意图如图1-1 所示河南科技大学本科毕业设计(论文)1.2 主桁架基本载荷的确定 11固定均布载荷1.垂直方向的载荷(1)主桁架自重： qL=0.02t/m1(2)上下水平桁架自重： qL 上=qL 下= q L =0.07t/m(3) 大车运行机构重量均布载荷：qy =0.090.1t/m，取 0.09t/m(4) 驱动件重量： G 驱 = 2t(5)操纵室重量： G 操= 1t(6) 驱动件重量折算成的均布载荷：q 驱 G= 驱/L=225.5=0.08t/m

19、(7)操纵室重量折算成的均布载荷：q 操G= 操/L=1 25.5=0.04t/m(8)冲击系数 K=1.2总均布载荷： qL =k( qL +I qy+ 1qL+q 驱+q 操)=1.2 (0.20.0450.070.0780.04)=0.52t/m2.水平方向的载荷1 I0.21= ( 0.22 0.2 0.09 0.078 0.04)=0.057t/m1032二、 移动集中载荷1.垂直方向的载荷(1) 小车自重： Gx=8t(2) 起重量： Q=25.5t(3)起升动力系数： d=1.2q 惯 = ( ql ql上 ql下 ql辅 qy q驱 q操)10河南科技大学本科毕业设计(论文)总

20、移动集中载荷： R= GxdQ =(8+1.2 25.5) 2=19t2(4)将 R 分解到两个小车轮上 , 则得小车轮压 P1、 P2：P1= Rt2 =191.2 2.2=10.364tLP2=RP1=1910.364=8.636t2.水平方向的载荷p 惯= 1 . Gx Q =1/10 (8+25.5)/2=3.3t10 2三、桁架梁的载荷组合情况由计算得到桁架梁的载荷情况如表 1-5 所示。表 1-5 桁架梁的载荷方向垂直水平性质均布集中均布集中类型q L =0.52t/mR=10tP1=10.364tP2=8.636tq 惯 =0.057t/mp 惯 =3.3t1.3 主桁架基本载荷

21、的确定一、杆件的应力许用值 4桁架材料为 Q235 钢，屈服强度 s=235N/mm2=235Mpa 。根据工作级别 为 A5 ， 可 知 载 荷 组 合 为 类 ， 故 可 取 安 全 系 数 n=1.33 ， 2 =s/n=235/1.33=176.69N/mm2 =18.029kg/mm 。二、杆件的许用长细比 5各杆件许用长细比如表 1-6 所示。河南科技大学本科毕业设计（论文）表 1-6 各杆件极限长细比 值杆件名称压杆拉杆弦杆120150竖杆120150斜杆150200三、主梁的许用挠度四、上弦杆局部弯矩M 节中 = P1d =10.364x1.8/6=3.109t m6M 节点=

22、 P1d = 1.555t m12河南科技大学本科毕业设计（论文）第 2 章 桁架各杆件内力分析计算2.1 各杆件内力影响线的绘制及内力计算2、主梁的内力计算简图主梁的内力计算简图如图 2-1 所示。f=L700=36.4mm图 2-1 内力计算简图杆件的内力影响线绘制及内力计算51. 求支座反力 如图 2-1 ，由 RA lP （ l x）得 RA l xAl由 R B lP x ，得 RB 1x图 2-2 支座反力示意图2.上弦杆内力影响线绘制及内力计算（1）O2 作截面 2-2，力矩点为 U1 与 U2 的交点 EP=1 在截面 2-2 的右侧时，取截面 2-2 左侧为研究对象，y3=y

23、4=L 2d2d25.5 2 1.8 2= 1.71825.5L 2d bL2d25.5 2 1.8 2.2 2 =1.54525.5y 惯 =L 2d t1L2d25.5 2 1.8 1.0 2=1.63925.5W=y3L =1.718 25.5=21.9052河南科技大学本科毕业设计（论文）O2h=-R A2d,得 O2=- 2d RAhP=1 在截面 2-2 的左侧时，取截面 2-2 右侧为研究对象，O2h=-RB10d，得 O2=- 10d RBh上弦杆 O2和 O3内力影响线如图 2-3 所示。（2）O4 作截面 4-4 ，力矩点为 U2与 U3 的交点 F 上弦杆 O4 杆和 O

24、5 杆的内力影响线如图 2-4 所示。8y3=L 4dL4dh25.5 4 1.825.54=2.871y4= L 4d b4d = 25.5 4 1.8 2.2 4 = 2.525 h 25.5y 惯 =L 4d t1L4d = 25.5 4 1.8 1.0 4=2.714h 25.5W=y3L = 2.871 25.5=36.60522y3=L 6dL6dh25.5 6 1.825.56=3.459L 6d b y4= L6dh25.5 6 1.8 2.225.56= 2.941y 惯 =L 6d t16dh25.5 6 1.8 1.025.56=3.224河南科技大学本科毕业设计（论文）

25、W= y3L= 3.459 25.5 =44.102222.下弦杆内力影响线绘制及内力计算（1）U1 作截面 2-2，力矩点为 O1与 O2的交点 H。下弦杆倾斜段作用 力简图如图 2-6 所示。3）O6 作截面 6-6，力矩点为 U3 与 U4的交点 G 上弦杆P=1 在截面 2-2 的右侧时，取截面 2-2 左侧为研究对象，U1 hA=Rd,得 U1= d RAhP=1 在截面 2-2 的左侧时，取截面 2-2 右侧为研究对象，U1 hB=R11d，得 U1=11 d RBh根据 h= sin -arctan(h- h1)/2dd/cos 计算，可得 h1=.2m 下弦杆 U1 内力影响线

26、如图 2-7 所示。Ldd25.5 1.8y1= = 1.5=1.394Lh25.5y2= L d bL25.5 1.8 2.223.51.5=1.265y1L+W=2=1.394 25.52=17.7742)U2 作截面 3-3，力矩点为 O3 与 O4 的交点 I下弦杆 U2 内力影响线如图 2-8 所示10河南科技大学本科毕业设计(论文)图 2-6 下弦杆 U1 内力影响线计算简图河南科技大学本科毕业设计（论文）y1=L 3dL3dh25.5 3 1.825.53=2.365y2= L 3d b 3d = 25.5 3 * 1.8 2.2 3=2.106L h 25.5+W=y1L 2.

27、365 25.52 = =30.1542（3）U3 作截面 5-5，力矩点为 O5 与 O6 的交点 Jy1= L 5d 5dLh25.5 5 1.825.5 5 1.8 5=3.23525.5y2=L 5d bL5dh25.5 5 1.8 2.225.55 =2.804y1L3.235 25.5+W= 2=40.4382下弦杆 U3 的内力影响线如图 2-9 所示由 h1ah a 2 d得 a=2.036my3=LdLy4=ar125.5 1.825.51.465=1.353LdbLr125.5 1.8 2.225.51.465=1.23512河南科技大学本科毕业设计(论文)(1)D1 作截

28、面 1-1，r1=1.201m ，不平行弦杆之间的斜杆作用力和几何 关系如图 2-10 所示。r1 (a d ) sin(arctan h1 ) ( 2.036 1.80) sin(arctan 0.7) 1.390m d 1.8r2 (a d)sin (2.036 1.8) sin 45 2.712mP=1 在截面 1-1 的右侧时，取截面 1-1 左侧为研究对象， D1r1=RAa,得 D1= a/r1RA斜杆 D1 的内力影响线如图 2-11 所示。图 2-10 斜杆 D1 和 D2 内力影响线计算简图y3=25.5 2 1.80.751=0.645L 2d bL0.751 = 0.58

29、0河南科技大学本科毕业设计（论文）y3L1.353 25.5 W= 3 =17.25122（2）D2 作截面 2-2，r2=2.712m 斜杆 D2的内力影响线如图 2-12 所示d L a= 1.8 10.153=0.717L r225.5+W= 1 y1（L d y3d ）=0.71722.895/2=8.2082y1 y3 W= 1 y3（d y3d ）=0.580 2.605/2=0.7552 y1 y3（3）D3 作截面 3-3，采用切力法P=1 在截面 3-3 的右侧时，取截面 3-3 左侧为研究对象，D 3sin = RA ,得 D3= 1/sin ARP=1 在截面 3-3 的

30、左侧时，取截面 3-3 右侧为研究对象，D 3sin =RB,得 D 3=1/sin BR斜杆 D3的内力影响线如图 2-13 所示。y2= L 2d25.525.5 2 1.8 2.225.513y1=1 = 2 1.8 2.2 1.414 =0.078 sina 25.52d12 1.8y2=1.414 =0.200Lsina25.5L3d 1 25.5 3 1.8y3=1.414= 1.115河南科技大学本科毕业设计（论文）1 25.5 3 1.8 2.2y4=（L3db）/L = 25.5 3 1.8 2.2 1.414=0.993sina 25.5+W= 1 y2（2d+ dy2 ）

31、=0.2 3.874/2=0.3882y2 y3W= 1 y3（L 2d dy2 ）=1.115 21.626/2= 12.053 2y2 y3（4）D4 作截面 4-4，采用切力法斜杆 D4的内力影响线如图 2-14 所示。L 4d y1=1 = 25.5 4 1.8 1.414 =1.015sina25.514图 2-13 斜杆 D3 内力影响线2d b LL sina 25.5河南科技大学本科毕业设计（论文）y2= L 4d b1 = 25.5 4 1.8 2.2 1.414=0.893sina25.5y3=3d b L1sina3 1.8 2.2 1.414= 0.17725.5y4=

32、3dL sina3 1.8 1.414=0.29925.5+W=1 y1(L-3d-2y4d )=1.015 112=0.993 y1 y4W=12 y4(3d+y4d)= 0.35 4.5 2=0.868 y1 y4D5 作截面 5-5，采用切力法 斜杆 D5的内力影响线如图 2-15 所示。5）图 2-15 斜杆 D5 内力影响线y1=L4d b 1 sina4 1.8 2.2 1.414=0.19625.5y2= 4Ld sinaL sina4 1.8 1.414=0.39925.5y3=L 5dL sina25.5 5 1.8 1.414 = 0.91525.5y4=L 5d b 1

33、sina25.5 5 1.8 2.2 1.414=0.79325.51+W=2y2dy2( 4d+2 )y2 y3=0.3997.747 2=1.54515y1=y2=L 6d 1L sina25.5 6 1.825.51.414 =0.815L 6d b 1L sin a25.5 6 1.8 2.225.51.414=0.693y3=5d b 1 = L sina5 1.8 2.2 1.414 = 0.37725.5y4=5d 1L sina5 1.8 1.414= 0.49925.5河南科技大学本科毕业设计（论文）W= 1 y3（L-4d- y2d ）= 0.915 17.753 2= 8

34、.122 2y2 y3（6） D6 作截面 6-6，采用切力法斜杆 D6的内力影响线如图 2-16 所示。1y1d0.815 11.916+W=y1(6d+1 )= =4.8562y1 y421y1d0.499 9.683W=y4(6d 1 )= 2.4162 y1 y4 24.竖杆内力影响线绘制及内力计算16图 2-16 斜杆 D6 内力影响线河南科技大学本科毕业设计（论文）图 2-17 竖杆 V3 内力影响线 y3=11W= 1 2dy3=1.8 1=1.822.2 各杆件内力表的绘制、相关计算公式及数据1. 计算公式Np= P1y1P2y2Nq=qLwNp 惯 =P 惯 y 惯Nq 惯=

35、q 惯w N=Np NqNp 惯Nq 惯2. 数据 qL=0.52t/m q 惯 =0.057t/m二、 各杆件内力表绘制P1=10.364tP2=8.636tP 惯 =3.3t各杆件内力表绘制如表2-1 所示。且在表中， y1，y2 表示杆件受拉时所受应力影响线的纵坐标； y3，y4 表示杆件受压时所受应力影响线的纵坐标。17河南科技大学毕业设计（论文 ）表 2-1 内力表影响线纵坐标影响线面积杆件内力杆件名称杆件号y1y2y3y4y惯+WWNpNqNp惯Nq惯NO2-1.718-1.545-1.63921.905-31.148-11.391-5.409-1.249-49.116O4-2.8

36、71-2.525-2.74136.605-51.561-19.035-9.045-2.086-81.727上弦杆O6-3.459-2.941-3.22444.102-61.248-22.933 -10.639-2.514 -97.334U11.3941.26511.55025.3726.00631.378U22.3651.10630.15434.06215.68049.742下弦杆U33.2352.80440.43557.74321.02678.769D1-1.361-1.23517.353-24.771-9.024-33.795D20.7310.656-0.7328.2080.75513.2

37、414.26817.509D30.0780.200-1.115-0.9330.38812.053-19.613-6.268-25.881D41.0150.893-0.177-0.2999.9930.82018.2315.19623.427D50.3770.399-0.915-0.7931.5458.122-16.331-4.223-20.554斜杆D60.8150.693-0.377-0.4994.8562.41614.4312.52516.956竖杆V1.001.8-10.364-0.936- 11.318(3-1)(3-2)河南科技大学毕业设计（论文 ）第 3 章 桁架各杆件的截面设计及面

38、积计算3.1 设计说明1.上弦杆为等截面， O6 受力最大，取 O6 为研究对象；2.下弦杆为等截面， U3 受力最大，取 U3为研究对象；3.竖杆为等截面，其受力情况相同，取其中任一个为研究对象；4.斜杆为等截面， D1 受力最大，取其为研究对象；5.上下水平弦杆宜采用双角钢 2 。3.2 受压杆件的设计设计时需要使用稳定性公式、刚度公式和强度公式三类、稳定性公式设计所需的稳定性公式如下：N max max= A = dM 节中 max= maxAW2式中， max 为类载荷作用下，杆件受的最大应力；N max 为杆件的最大内力； 为中心受压杆件的稳定性系数；d 为运动冲击系数； M 节中为

39、轮压引起的节中弯矩； W2 为抗弯截面系数； 为许用应力； A 为截面面积。其中式（ 3-2 ）在计算时可先按 max = 计算，得到结果后在A代入式（ 3-2 ）验证。 二、刚度计算公式设计所需的刚度计算公式如下：=L计 （3-3）r式中， 为杆件长细比； L 计为计算长度； 为许用长细比； r 为杆件截面的 19max= A 取 2 9087 型等边角钢河南科技大学毕业设计（论文 ）回转半径。三、 强度公式设计所需的强度计算公式如下：式中， N max 为所有垂直方向和水平方向固定载荷及运动载荷在杆件上引起 的内力； A 为截面面积。四、各杆件的设计计算1.斜杆的设计已知： D1 的内力最

40、大 Nmax=33.795t= 33795kg ，根据1)试取 1=0.7 ，得A1N max =33795/(0.7 18.029)=2678mm1A 实1=1394.4mm 27 ，查得回转半径 r=27.6mm ，l 计= d 2 h12 =1.931mL计 =计 =1931/27.6 =70.0 r根据 查焊接手册 8 ，可得 实 1= 0.751max= N max =33795/（0.751 21394.4）=16.136kg/mm 2 满足稳定 实1A实1性要求。而max 100%=10.5% 5% ，经济性有所缺欠，还需在使用其它型号角钢。（2）取 2 9077型等边角钢 A

41、实 2=1230.1mm2，查得回转半径 r=27.8mmL计 =计 =1931/27.8=69.46 r根据 查焊接手册，可得 实 2= 0.75720 max = N max A(3-4)max= A 河南科技大学毕业设计(论文 )N max 2 max=max =33795/(0.757 21230.1)=18.146kg/mm 2 ，不 满足实2A实2稳定性要求。综上， 2 908 型角钢虽经济性要求有所缺欠，但已是最优的选择，所以选用则该型号的钢，此时既满足刚度要求，也满足稳定性要求。2.竖杆截面的设计已 知 ： 竖 杆 的 内 力 均 相 等 ， N max= 11.30t= 11

42、300kg ， 根 据N max 2(1)试取 1=0.6，得 A1 max =11300/(0.6 18.029)=1044.6mm 21取 A 实 1=1066.7mm 2，选用等边角钢 708，查得回转半径为 r=21mm ， l 计 =1800mmL计=计 =1800/21=85.7 r根据 查焊接手册，可得 实 1=0.648max= N max =11300/(0.648 1044.6)=16.694kg/mm 2 ， 稳定性 满 实1A实1足要求。而 max 100%=7.4% 5%，经济性不满足要求，所以不选则该型号的钢。(2)取 A 实 2=942.4mm 2 ，选用等边角钢

43、 707，查得回 转半径为 r=21.4mm ，L计=计=1800/21.4=84.1 r根据 查焊接手册，可得 实 2= 0.671N max 2max=max =11300/(0.671 942.1)=17.870kg/mm 2 ，实2A实2max而 max 100%=0.9% 3 ） 选 用 两 个 等 边 角 钢 ， 即 220018mm ， 查 表 得 ， 总 面 积2A=6930.1mm 2 ，回转半径 r=61.5mm取 A 实 2=2A=13860.2mm 2，y1 =12.38cm ，y2=5.62cm ，Ix=Iy=2620.64cmL计=计 =1800/61.5=29.2

44、6 r根据 查焊接手册，可得 实 2=0.939W1= I x =2620.64/12.38=211683mm节点y1N maxdM 节点 max=实2A 实2W1=97334/(0.939 13860.2)+1.2 1555000/2116832=16.294kg/mm 23采用双等边角钢 2 10012，每个截面积为A=2280mm河南科技大学毕业设计（论文 ）N maxdM 节中节中 max =实 3A 实 3W2=97334/(0.939 13860.2)+1.2 3109000/4663062 =15.480kg/mm 40t ，所以节点板的厚度为 =16mm。、节点板简图节点板简图

45、如图 4-1 所示27河南科技大学毕业设计（论文 ）1.端部节点板的设计节点板 1 设计示意图如图所示图 4-2 节点板 1 设计图b 1=702mm ， b2=820mm ， k=260mm )2.上弦杆节点板 2 的设计 节点板 2设计示意如图 4-3 所示28河南科技大学毕业设计（论文 ）3.竖杆节点板 3 的设计节点板 3设计示意如图 4-4 所示b1=110mm ， b2=330mm )4.上弦杆节点板 4 的设计节点板 4 设计示意图如图 4-5 所示29河南科技大学毕业设计（论文 ）图 4-5 节点板 4 设计图b 1=309mm ， b2=560mm ， b3=420mm )5

46、.下弦杆节点板 5 的设计 节点板 5设计示意图如图 4-6 所示图 4-6 节点板 5 设计图b1=600mm ， b2=320mm )6.下弦杆节点板 6 的设计节点板 6设计示意图如图 4-7 所示30河南科技大学毕业设计（论文 ）图 4-7 节点板 6 设计图 b1=600mm ， b2=320mm )主桁架梁采用的节点板尺寸规格如表 4-3 所示表 4-3 节点板尺寸规格表节点板节点板规格 /mm1梯形820702260162矩形1020 340 163矩形110330164五边形309560420165矩形600320166矩形60032016三、垫板的设计已 知 ： 上 弦 杆

47、的 rmin=61.5mm ， 下 弦 杆 的 rmin =30.3mm ， 斜 杆r min =27.6mm 。1. 上弦杆的垫板的设计由于 LB=40rmin=4061.5=2460mmd=1800mm ，故不需要加垫板。2. 下弦杆的垫板的设计由于 80r min =8030.3=24242d=3200mm ，故需要加垫板。3.竖杆垫板的设计 由于竖杆为单角钢 ,故无需加垫板。31河南科技大学毕业设计（论文 ）4.斜杆垫板的设计对于受压斜杆，由于 40rmin=4027.6=1140mml D 计 中/2=2546/2=1273mm ， 又由于 40r min =4027.6=1104m

48、ml D1 计=1931mm ，所以中间各斜杆需要加两块 垫板，端部斜杆 D1及 D12需要加一块垫板。综上：下弦杆节点间加一块垫板， 尺寸为 1208016（ 两边各凸出 10mm ）。 设计简图如图 4-8 所示。图 4-8 下弦杆垫板简图斜杆节点间也加两块垫板，尺寸为1208016（两边各凸出 15mm ）。设计简图如图 4-9 所示。图 4-9 斜杆垫板简图表为各杆所用垫板的规格尺寸表 4-4 垫板规格表杆件名称垫板尺寸（ mm ）下弦杆1208016斜杆120801632F=Ni NEAiLi5-1)河南科技大学毕业设计（论文 ）第 5 章 桁架整体刚度校核及加拱设计5.1 整体刚度

49、校核校核公式如式 5-1 所示式中， Np 为轮压作用于跨中时，在桁架各杆件产生的内力； Ni 为单位力作 用在跨中时桁架各杆件产生的内力；Li为杆件长度， Ai 为杆件的截面积； E为 Q235 钢的弹性模量。 E=21011Pa=2106kg/cm 2 ；Np=Ry中=16500y 中。总 体刚度校核结果如表 5-1 所示。表 5-1 总体刚度校核表杆件杆件号Li (cm)A(cm2 )Ni (kg)Np=Ry 中Ni NPP Li (kg/cm) AiiO1180000O2 O3360-1-1650042856.52O4 O5360-2-33000171426.10上弦杆O6 O7360

50、138.602-3-49500514278.29U13760.751237576529.60U23601.524750293092.11下弦杆U336045.602.541250814114.74D1193.1-0.732-1207871539.37D2254.60.3756187.524754.93D3254.6-0.707-11665.587990.93D4254.60.70711665.587990.93D5254.6-0.707-11665.587990.93斜杆D6254.623.8640.70711665.587990.9333河南科技大学毕业设计（论文 ）由公式 （5-1） 得：

51、 f= Ni NP Li =1.29cm16 ，故需考虑加拱，且支座处 f=0 ，其中跨中的拱值 ：（1.11.2） Lf 中=0.028 0.031m=28 31mm, 取 f 中=30mm.1000从主桁架的左支点 O 开始到跨中各节点的高度yi 用以下公式计算 :yi=f 中 sin n （5-2） m式中，m 为跨内节间数， 且 m=12， n为节点数。各节点处加拱高度计算如下：n=0 ，y0=0nn=1，y1=f中 sin=30sin（ /12 ） =7.765mmmnn=2，y2=f中 sin=30sin（ 2 /12 ） =15.000mmmnn=3，y3=f中 sin=30si

52、n（ 3 /12 ） =21.213mmmnn=4，y4=f中 sin=30sin（ 4 /12 ） =25.981mmmnn=5，y5=f中 sin=30sin（ 5 /12） =28.978mmmnn=6，y6=f中 sin=30sin（ 6 /12 ） =30mmm下表为各节点处的加拱值。34河南科技大学毕业设计（论文 ）表 5-2 各节点处的加拱值（ mm ）n0123456yi07.76515.00021.21325.98128.97830加拱设计示意图如图 5-1 所示图 5-1 加拱设计示意图、加拱后各节点间的距离的确定加拱后节间距计算图如图 5-2 所示图 5-2 加拱后节间距

53、计算BD= d2 (h h1)2 BDBE=d 2 h h2 2 AB35河南科技大学毕业设计（论文 ）BC=d 2 h22 BC其中 h1=y i-y i-1 ，h2=yi+1-yi；L10= d 2 (h h1)2 = 18002 (700 7.765)2 =1934mmL11=d2h h2 2 =180021800-15- 7.765 2 =2540mmL31=d 2(h h1)2 213 - 15 2 =2550mmL32=d2h h2 2 =180021800-25.981- 21.213 2 =2542mmL25=d2(h h1)2 =1800218002

54、9.978 - 25.981 2 =2548mmL35=d2h h2 2 =180021800-30 - 28.978 2 =2545mm由于桁架的对称性。其另半边桁架各节点间距离同以上各值对应相等， 对上弦杆各节点间距用 LDi= d2 h2 。计算得到的结果均近似于1800mm ，故下弦杆各节点间距近似于 3600mm ，除了端部倾斜段节点间距为 3760mm 外，其他斜杆节点距离近似于 2545mm 。 （注：端部的上弦杆节间距相等，均 为 1800mm） 。36河南科技大学毕业设计（论文 ）%）61）第 6 章 桁架梁主桁架工艺分析6.1 材料焊接性分析金属焊接性就是金属是否能适应焊接

55、加工而形成完整的、具备一定使用 性能的焊接接头的特性。其有两方面的内容：一是金属在焊接加工中是否容 易形成缺陷；二是焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。金属材 料的焊接性可以通过材料的冷裂纹敏感性、热裂纹敏感性和焊接热影响区脆 化等方面给予评价。表 6-1 Q235A 的成分范围和力学性能钢号化学成分拉伸试验SiSPCMn不大于s/MPab/MPa/%Q2350.140.220.300.650.300.050 0.045235375 40026一、冷裂纹 材料的焊接性评定常使用碳当量法3 ，碳当量（用 CE 表示）即是把钢中的各合金元素含量按相当于若干碳含量折算并叠加起来。国际焊接学会

56、IIW ）推荐的碳当量计算公式如公式 6-1 所示CE C Mn Cr Mo V Ni Cu6 5 15式中， C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V 为各元素的质量百分数 ,各元素的质量 分数都取其成分范围的上限。碳当量的数值越大，焊材的淬硬倾向越大，焊接性越差。一般地，CE0.6% 时，钢的淬硬和冷裂倾向严重，焊接性很差，般不用于生产焊接结构。37河南科技大学毕业设计（论文 ）本次设计主梁采用 Q235 钢，其含碳量约为 0.2% ，属于低碳钢。化学成 分范围见表 6-1 所示。经计算， Q235A 的碳当量 CE 0.22 0.65 0.328% 0.4% ，焊接性很好， 6通常情况下不会

57、因焊接而产生严重的硬化组织或淬火组织， 不易产生冷裂纹。二、热裂纹热裂纹敏感性与钢中成分，尤其是S、P 等杂质有关。在焊接 S、P 过高的碳钢时，一方面，在焊缝金属的晶界上会形成偏聚的低熔点的S、P 化物会形成液态薄膜，其在冷却过程中受到拘束的拉应力影响时，会引起结晶裂 纹。另一方面，当母材稀释率较高时，进入焊缝中的S、 P 也偏多，容易引起焊缝中的热裂纹。本次设计主梁采用 Q235 钢中 S、P 含量较低，在合理的接头设计和焊接 工艺条件下不宜产生热裂纹。三、焊接热影响区脆化Q235 钢的含碳量较低且合金元素含量少， 因此其淬硬倾向较小。 一般情 况下，相同含碳量及热处理条件下， Q235

58、钢焊后的接头组织主要是先共析铁 素体、珠光体和少量低碳马氏体，而不易产生脆硬的马氏体组织（尤其是高 碳、粗大的马氏体），其塑性和冲击韧度良好，而不会使焊接热影响区脆化。此外， Q235 钢的焊接还可能存在气孔和夹杂等焊接缺陷8 。气孔多为CO2 气孔和氢气孔。而夹杂多为氮化物，硫化物和氧化物。这些缺陷均是不 可避免的，只能采用适当的方法使其降低到最少。总之， Q235 这样的低碳钢是属于焊接性最好、最容易焊接的钢种，此类 钢可用常见焊接方法进行焊接。6.2 结构工艺性分析起重机桁架结构常用的型材有角钢、槽钢和工字钢等。本次设计的桥式起重机桁架梁主桁架是由不同尺寸的等边角钢通过节点板焊接而成。

59、在每片桁架中，角钢的类型不超过5 种，尽量选用枝宽臂薄的类型，但角钢的尺寸不宜小于 50 50 5 mm。另外，通常情况下主桁架的上下弦杆为T型杆件，也即上、下弦杆选用双角钢。通过计算，上弦杆选用2 20018 型38河南科技大学毕业设计（论文 ）等边角钢，下弦杆选用 2 10012 型等边角钢，竖杆选用 707 型的等边角 钢，斜杆选用 2908 型等边角钢。由于上下弦杆的长度较长，必须通过拼 接得到所需长度的角钢。在拼接时候，节点不能布置在跨中位置，也不能密 集布置在某一区域。而对于斜杆和竖杆，其长度较短，可以直接通过切割下 料得到所需长度的角钢。在本桁架中，节点处都需要加节点板，它的尺寸

60、和 形状是由计算所得的各杆件焊缝尺寸决定的， 为了便于下料， 其结构要简单， 多为梯形、矩形或者五边形。由于下弦杆和斜杆采用双角钢，且其节点间距 较大，通过计算，均需要加垫板。垫板应均匀的布置在上下弦杆上。在结构设计时，还要注意一些基本要求：在节点设计时，所有杆件的重 心线在节点处交于一点；腹杆与弦杆之间应留有15 20mm 间隙，便于焊接和装配；腹杆、弦杆应肢背向上，肢尖向下，防止积累灰尘；对于上弦杆， 应使节点板、垫板在肢背出凹下510mm, 在肢尖处伸出 1015mm, 并采用塞焊的方法，在焊后磨平，保证上表面的安装轨道平整；对下弦杆，节点板 和垫板则要伸出肢背肢尖各1015mm ，以便